90803 (Біохімічні механізми впливу свинцю на клітини крові щурів)

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН УААН

Першин

Оксана Іванівна

УДК 546.48:577.12:611.018.51

Біохімічні механізми впливу свинцю на клітини крові щурів

03.00.04 – біохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Львів-2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Львівському національному медичному університеті

імені Данила Галицького МОЗ України, Інституті біології тварин УААН

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Воробець Зіновій Дмитрович,

Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького,

завідувач кафедри медичної біології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Снітинський Володимир Васильович,

Львівський національний аграрний університет, завідувач кафедри біології та екології, ректор

доктор біологічних наук, професор, член-кор. НАН України, Костерін Сергій Олексійович,

Інститут біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України, завідувач відділу біохімії м’язів,

заступник директора з наукової роботи

Захист відбудеться „2” липня 2008 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.368.01 в Інституті біології тварин УААН (79034, м. Львів. вул В.Стуса, 38).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту біології тварин УААН за адресою: 79034, м. Львів, вул. В.Стуса, 38.

Автореферат розісланий „ 31 ” травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О. І. Віщур

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Свинець – важкий метал, поширений у земній корі в усьому світі. Завдяки доступності покладів, високій щільності, пластичності, ковкості, стійкості до корозії та дешевизні цей елемент здавна використовується в господарській діяльності людини і є одним із технічно важливих металів, з яким невід’ємно пов’язане сучасне промислове виробництво (Губский Ю.І. та ін., 1989; Lewis R.L., 1997; Nadakavukaren A., 2000; Needleman H.L., 2004). Як відомо, попит промисловості на цей метал значно зріс в останні десятиріччя, що призвело до нераціонального використання природних ресурсів, значного забруднення довкілля сполуками свинцю (Nadakavukaren A., 2000; von Storch H. et al., 2003). Cвинець присутній у ґрунті та воді в концентраціях, які значно вищі від гранично допустимих (Алексеев Ю.В., 1987; Greger M., 1999).

Несприятлива екологічна ситуація збільшує ризик надходження Pb²⁺ в організм тварин і людини, існує небезпека забруднення цим важким металом продуктів харчування. Впродовж століть відомо, що свинець шкідливо впливає на здоров’я людини, а результати наукових досліджень свідчать про те, що свинець є металом з високою кумулятивною токсичністю. В організмі тварин і людини свинець чинить шкідливий вплив, насамперед на нервову, статеву, сечовидільну системи (Adonaylo V.N., Oteiza P.I., 1999; Adhikari N.et al., 2001; Needleman H.L., 2004; Vazquez A., Pena de Ortiz S., 2004; Gidlow D.A., 2004). Свинець, як і інші важкі метали, є антагоністом кальцію, який є внутрішньоклітинним месенджером і прямо чи опосередковано практично усі клітинні функції (Ворбець З.Д.та ін., 2007; Костерін С.О. та ін., 2008; Костюк П. Г. та ін., 2006). Потенційний ризик, зв’язаний з свинцем, посилюється тим, що свинець акумулюється як у навколишньому середовищі, так і в кістковій тканині організму з подальшим вивільненням у кров за певних фізіологічних умов.

Вивчення токсичності свинцю в організмі людини і тварин являє собою складну проблему, яка зумовлена відмінностями в розмірах досліджуваних популяцій, віці, статі, стані здоров’я, що створює труднощі в порівнянні результатів. Водночас існують розбіжності в результатах унаслідок різниці в застосованих в експериментальних дослідженнях дозах токсиканта, немає й спільної думки як щодо токсичних ефектів дії високих рівнів свинцю на організм, так і щодо довготривалого впливу цього елемента в малих концентраціях (Adler L., Muller D., 1999; Needleman H.L., 2004). Тому необхідні систематичні дослідження, які б дали змогу глибоко вивчити проблему забруднення свинцем компонентів природного середовища та живих організмів з метою пошуку шляхів запобігання, профілактики та лікування інтоксикації організму катіонами свинцю.

Важливу проблему становить дослідження корекції порушень метаболізму, що виявляються в клітинах крові внаслідок надходження в організм сполук цього важкого металу. Відомо, що іони важких металів, у тому числі й свинцю, активують процеси утворення активних форм кисню в різних типах клітин, провокуючи розвиток в організмі оксидативного стресу (Снітинський В.В. та ін., 2006; Hsu P.C. et al., 1997; Adonaylo V.N., Oteiza P.I., 1999; Zhang J.et al., 2004; Bandhu H.K. et al., 2006; Wang J.et al., 2006). Тому важливу роль у запобіганні зумовлених катіонами свинцю токсичних ефектів відіграють антиоксиданти.

До сполук із високою біологічною активністю належить вітамін Е, що часто застосовується для профілактики та корекції багатьох патологічних станів, в основі яких лежить оксидативний стрес (Patra R.C.et al., 2001; Robinson I.et al., 2006; Dietrich M.et al., 2006; Cerecetto H., Lopez G.V., 2007). Проте сьогодні в літературних джерелах практично відсутні дані щодо застосування вітаміну Е для корекції порушень у клітинах периферичної крові (еритроцити, лімфоцити), які виникають за умов гострої інтоксикації організму катіонами свинцю, що зумовлює актуальність досліджень у даному напрямку.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є фрагментом наукових досліджень лабораторії імунології Інституту біології тварин УААН ДНТП 02.01. ДР № 0101U003438 „Вивчити механізми дії імунотропних засобів на імуногенез у тварин та розробити способи підвищення імунної функції організму” й частиною науково-дослідної роботи кафедри медичної біології Львівського національного медичного університету ім. Данила Галицького на тему “Регуляторна роль іонів кальцію у функціонуванні глутатіонової антиоксидантної системи клітин” (шифр теми ІН.07.00.0001.04), де дисертант вивчала особливості впливу свинцю на клітини крові щурів.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було з’ясувати біохімічні аспекти впливу Pb²⁺ на гемопоез і метаболічні процеси в еритроцитах і лімфоцитах крові білих щурів за парентерального введення ацетату свинцю та з’ясувати можливість корекції метаболічних порушень у досліджуваних клітинах введенням вітаміну Е.

Для досягнення мети потрібно було вирішити такі завдання:

1. Дослідити вплив Pb²⁺ на інтенсивність еритро- і лімфопоезу через аналіз вмісту еритроцитів і лімфоцитів у крові щурів, яким вводили ацетат свинцю та на кисень-транспортну функцію еритроцитів визначенням концентрації гемоглобіну та його спорідненості з киснем;

2. Вивчити вплив Pb²⁺ на показники енергетичного метаболізму в еритроцитах і лімфоцитах щурів визначенням у клітинах тварин піруваткіназної, лактатдегідрогеназної, глюкозо-6-фосфатдегідрогеназної (а в лімфоцитах – ще й ізоцитратдегідрогеназної) активності та концентрацій продуктів гліколізу (лактат, 2,3-дифосфогліцерат);

3. Вивчити вплив Pb²⁺ на показники процесів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) та стан антиоксидантної системи в еритроцитах і лімфоцитах визначенням концентрацій продуктів ПОЛ та супероксиддисмутазної, глутатіонпероксидазної і глутатіонредуктазної активності в клітинах;

4. З’ясувати можливості корекції метаболічних порушень у процесах ПОЛ та функціональній активності антиоксидантної системи в клітинах крові введенням вітаміну Е (α-токоферолу ацетат).

Об’єкт дослідження: процеси гемопоезу, функціональна активність еритроцитів і лімфоцитів в організмі тварин за умов інтоксикації Pb²⁺ і корекція метаболічних порушень вітаміном Е.

Предмет дослідження: показники інтенсивності еритро- і лімфопоезу, активність ферментів енергетичного метаболізму, ПОЛ та стан антиоксидантної системи в еритроцитах і лімфоцитах білих щурів.

Методи дослідженя: Для досягнення поставленої мети використовували методи клінічної гематології (підрахунок еритроцитів та лейкоцитів, визначення гематокриту, концентрації гемоглобіну), препаративної біохімії (одержання еритроцитів і лімфоцитів з гепаринізованої крові), цитологічні (кількість клітин крові), морфологічні (визначення відносного вмісту популяцій гранулоцитів і лімфоцитів), спектрофотометрії (вимірювання спорідненості гемоглобіну до кисню, визначення концентрації лактату, дифосфогліцерату, гідропероксидів ліпідів, малонового діальдегіду, вмісту загального білка, визначення активності ферментів енергетичного обміну та ферментів антиоксидантної системи), статистичного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі вперше проаналізовано біохімічні ефекти свинцю в двох різних за морфологічною будовою і функціями типах клітин – еритроцитах і лімфоцитах за умов парентерального введення щурам ацетату свинцю дозою 10 мг/кг маси. Вони полягають у пригніченні активності піруваткінази, лактатдегідрогенази, глюкозо-6-фосфатдегідрогенази у лімфоцитах, а також пригніченні в еритроцитах та лімфоцитах крові активності ферментів антиоксидантної системи (супероксиддисмутази, глутатіонпероксидази і глутатіонредуктази). З’ясовано особливості метаболічної відповіді цих клітин на одноразове надходження високої дози свинцю. Виявлено порушення процесів еритропоезу та лімфопоезу. Зокрема, зменшення відносного вмісту молодих еритроцитів, збільшенні кількості старих еритроцитів, зниження концентрації гемоглобіну та збільшення паличкоядерних нейтрофільних гранулоцитів. Показано, що процеси ПОЛ – найбільш чутлива до дії свинцю (за умов його одноразового парентерального введення) ланка метаболізму як в еритроцитах, так і в лімфоцитах тварин. Визначено можливість корекції вітаміном Е порушень у процесах ПОЛ та активності антиоксидантної системи в клітинах крові (еритроцити, лімфоцити), спричинених гострою інтоксикацією катіонами свинцю.

Практичне значення одержаних результатів. Установлені ефекти можуть бути використані під час розробки тест-систем для виявлення станів інтоксикації організму сполуками свинцю та створення схем корекції порушень у клітинному метаболізмі, зумовлених катіонами важкого металу, а також у курсах лекцій з біохімії та фізіології людини і тварин.

Особистий внесок здобувача. Відповідно до мети і завдань дисертаційної роботи автор особисто виконала експериментальні дослідження, статистично опрацювала результати, проаналізувала наукову літературу за темою дисертації, сформулювала основні висновки роботи. Аналіз одержаних результатів та підготовку до друку публікацій за матеріалами дисертації здійснено разом з науковим керівником, доктором біологічних наук професором З.Д. Воробцем. Ряд розділів роботи обговорено з доктором біологічних наук, професором Г.Л. Антоняк. Окремі експериментальні дослідження виконано за участю співавторів публікацій.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи були представлені на науково-практичній конференції “Досягнення молодих вчених у вирішенні проблем тваринництва та ветеринарної медицини” (Львів, 2004 р.), на ювілейній 67-й підсумковій науковій конференції СНТ ім. М.Д.Довгялло, присвяченій 75-річчю ДонДМУ ім. М.Горького (Донецьк, 2005 р.), 48-й підсумковій науково-практичній конференції “Здобутки клінічної та експериментальної медицини” Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського (Тернопіль, 2005р.), 9-му Українському біохімічному з’їзді (Харків, 2006 р.), Міжнародній науковій конференції ”Механізми функціонування фізіологічних систем” (Львів, 2006 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи висвітлені у 10 наукових публікаціях (з них 5 статей опубліковано в наукових фахових виданнях та 5 тез доповідей – у матеріалах конференцій).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису методів досліджень, результатів досліджень та їх аналізу, висновків і списку використаних джерел із 337 найменувань. Робота викладена на 136 сторінках, містить 17 таблиць і 9 рисунків, які складають 14 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Висвітлено шляхи надходження, транспорту, нагромадження, перерозподілу та виведення сполук свинцю з організму тварин. Показано вплив даного важкого металу на функціонування органів і систем організму, механізми впливу на деякі процеси метаболізму (антиоксидантну систему, перебіг процесів пероксидного окиснення ліпідів, еритро- і лімфопоезу).

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводили на 120 безпородних білих щурах масою 150–180 г, яких утримували в умовах віварію.

Ацетат свинцю вводили тваринам одноразовою внутрішньочеревинною ін’єкцією у дозі 10 мг Pb/кг маси тварин. При виборі дози користувались даними літератури (Harada K., Miura H., 1983; Ito Y.et al. 1985; Vargas Н. et al., 2003).

Вітамін Е (α-токоферолу ацетат) дозою 300 мг/кг маси вводили тваринам перорально щодоби впродовж трьох діб після введення ацетату свинцю. Для досліджень використовували тварин на 3-тю і 10-ту доби експерименту.

Матеріалом досліджень була змішана периферична кров, яку отримували після декапітації тварин дослідних і контрольної груп.

Кількість клітин крові (еритроцити і лейкоцити) досліджували за допомогою підрахунку в камері Горяєва, відносний вміст паличкоядерних і поліморфоядерних нейтрофільних гранулоцитів і лімфоцитів визначали цитологічними дослідженнями мазків крові (Неменова Ю.М., 1976). Відносний вміст популяцій еритроцитів крові (молоді, зрілі й старі клітини) визначали фракціонуванням у градієнті густини сахарози (Сизова И.А. и др., 1985).

Для отримання еритроцитів гепаринізовану кров центрифугували на рефрижераторній центрифузі. Плазму відбирали, а клітини тричі промивали фізіологічним розчином (0,85% NaCl) з подальшим центрифугуванням (Неменова Ю.М., 1976). Лімфоцити з гепаринізованої крові виділяли методом диференціального центрифугування в градієнті густини фіколу і верографіну (Boyum А.А., 1968; Mishell В.В., Shiigi S.M., 1980).